地方高校遺傳學實驗內容的整合與創新

肖璇 吳笑臣

摘? 要：針對地方高校遺傳學實驗教學中存在的驗證性實驗偏多、研究創新性實驗偏少、實驗內容相對陳舊、缺乏自身特色等問題，對遺傳學實驗教學內容的整合及創新進行了探討;提出將果蠅經典遺傳學實驗進行整合，并基于目前地方高校實驗平臺與學生學業水平，結合教師自身科研資源及地方農業經濟特色對部分實驗項目進行深化與創新。

關鍵詞：遺傳學;實驗整合;實驗創新

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）25-0042-03

Abstract： The integration and innovation of genetic experiment teaching contents is discussed in this paper in view of problems existing in the teaching of genetic experiment in local universities. These problems include too many confirmatory experiments， too little innovative experiments， and the lack of its own characteristics. It is proposed in this paper that the classical experiment of fruit fly hybridization should be integrated and some experimental projects should be deepened and innovated based on the current improved experimental platform conditions， the professional foundation of students，the resources of teachers' scientific research， and the characteristics of local agricultural economy.

Keywords： genetics; experiment integration; experiment innovation

遺傳學是一門生物科學類基礎課程，既有很強的理論性又與實踐聯系十分緊密。遺傳學實驗則是連接遺傳學理論及實踐的橋梁，對學生動手能力及創新思維的培養具有重要作用[1]。長期以來，受實驗學時不足及實驗平臺條件的限制，地方高校的遺傳學實驗內容普遍存在驗證性實驗偏多、研究創新性實驗偏少、缺乏自身特色等問題[2]。近年來，隨著國家在高等教育中投入的增加，地方高校實驗教學條件得到較大的改善。以筆者所在的省屬地方高校贛南師范大學為例，近十年新建了數顯互動顯微鏡室，新增了超低溫冰箱、基因擴增儀、凝膠成像系統等較為高端的儀器設備，已具備研究創新性實驗開設的基本條件。為改變當前遺傳學實驗內容陳舊、創新性實驗偏少及缺乏地方特色的現狀，筆者依托當前實驗平臺，結合多年地方農業經濟特點，對遺傳學實驗內容進行了整合、深化與創新，并進行了初步的教學實踐。

一、整合果蠅經典遺傳學實驗，為創新性實驗設置預留課時空間

筆者所在地方師范高校生物科學專業遺傳學實驗課程僅24學時。遺傳學實驗中幾個與果蠅有關的經典遺傳學實驗包括分離規律、自由組合規律、連鎖與交換規律及伴性遺傳規律;這四個實驗若按照實驗教材中獨立開設模式將占據實驗總學時的一半，加劇了教學內容與實驗課時的矛盾;此外，由于果蠅遺傳學實驗內容較為陳舊，學生在實驗過程中缺乏自主設計，導致學生實驗興趣不高。針對果蠅雜交實驗均包含處女蠅收集及雜交、表型觀察及數據統計等環節，實驗方法類似的特點，要求學生自行設計實驗，選擇合適性狀，將這幾個獨立的實驗整合為一個果蠅大實驗，課內四個學時，主要完成實驗設計及其審核、處女蠅收集等工作;其余實驗工作通過課外分組完成。經整合后的果蠅雜交實驗融入實驗設計環節，鍛煉了學生思維能力，調動了學生參與實驗的興趣和積極性，節約了實驗課內課時，為研究創新性實驗的開設預留課時空間。

二、遺傳學實驗內容深化與創新途徑

作為生命科學領域的基礎課程，遺傳學發展日新月異，分子生物學手段已在遺傳學科學研究中得到了廣泛應用。隨著國家對高校教育經費投入的增加，當今各地方高校基礎實驗教學平臺已有較大提升;離心機、PCR擴增儀、凝膠成像系統等DNA分子水平實驗的儀器已較為常見。如何充分利用實驗平臺，深化與創新遺傳學內容，使地方高校遺傳學實驗教學跟上遺傳學發展的步伐是遺傳學實驗教學改革的重要內容。

（一）結合地方農業實踐，對實驗教材已有遺傳學實驗項目進行深化與創新

以“植物多倍體細胞誘導與鑒定”實驗項目為例。教材以水培洋蔥或大蒜根尖為材料，經秋水仙素誘導使根尖部分細胞染色體加倍，通過根尖染色體制片對多倍體細胞進行觀察和鑒定[3]。按照實驗教材執行教學計劃，學生能認識到秋水仙素對根尖分生區細胞染色體加倍的顯著作用，掌握根尖染色體制片方法。然而，該實驗僅獲得染色體加倍的根尖細胞，與科學研究及農業實踐中多倍體選育工作實際尚有一定距離。枳是贛南師范大學所在的贛南地區“紐荷爾”臍橙常用砧木;針對贛南師范大學校內柑橘資源圃每年均有大量柑橘砧木枳實生苗播種及出苗的情況，參考多倍體選育一般方法[4]，將“植物多倍體細胞誘導與鑒定”實驗項目深化為“植物多倍體細胞誘導、鑒定及多倍體資源發掘”，進一步拓展了從枳實生珠心苗中發掘多倍體的內容。學生根據多倍體株型、葉形、葉色方面與正常二倍體的區別（圖1），從枳實生苗中初選疑似多倍體植株，進一步通過組織細胞學方法進行鑒定，從而將課堂實驗教學與農業生產實踐有機聯系起來。

（二）基于學生學業基礎及教師科研資源，構建研究創新性實驗項目

轉基因是分子遺傳學領域一項重要技術，開設植物轉基因實驗項目能讓學生較好的認知遺傳學發展前沿。生物科學專業大三學生已完成“分子生物學”課程的學習，能理解植物轉基因技術的基本原理。根癌農桿菌介導的植物轉基因技術由于涉及轉基因植株再生環節，一般需數月以上實驗周期，導致學期結束時仍得不到最終實驗結果;與此不同的是，發根農桿菌介導的植物遺傳轉化技術在農桿菌侵染結束后1-2周即可得到轉化毛狀根。筆者利用本人課題組保存的含生長素報告基因DR5：：YFP：GUS發根農桿菌，在分子遺傳學模塊中設置了“發根農桿菌介導的植物遺傳轉化”實驗項目，以煙草或番茄等雙子葉草本植物無菌苗為材料，兩周后即可獲得轉生長素報告基因毛狀根（圖2）。該實驗項目的開展讓學生掌握了植物無菌苗制備、農桿菌制備及侵染、毛狀根誘導、YFP熒光及GUS組織化學鑒定、DNA提取及傳化、PCR擴增及瓊脂糖凝膠電泳等整個植物遺傳轉化實驗技術流程，有效提高了學生實驗興趣、綜合實驗技能及研究創新意識。

（三）結合遺傳學理論教學前沿，構建前沿性實驗項目

遺傳學理論發展日新月異，基因組學、蛋白質學及表觀遺傳學是目前遺傳學教材新增前沿內容，也是當前遺傳學領域研究熱點。基因組學及蛋白質組學需要較為深厚的專業知識，涉及的實驗技術較為復雜、費用昂貴，因此難以開發出符合地方高校經濟條件及本科學生學業水平的實驗項目。然而，表觀遺傳學研究中的“DNA甲基化”涉及的甲基化敏感擴增多態性技術（Methylation sensitive amplified polymorphism， MSAP）是以酶切及PCR為基礎，結合聚丙烯凝膠電泳技術組成的分子標記技術;相關理論及實驗技術在先修課程“分子實物學”及“分子生物學實驗”中均有涉及，只需將相關實驗技術整合即可;此外該實驗技術所需費用不高，適合于構建前沿性遺傳學實驗項目，以填補遺傳學實驗教學中缺乏表觀遺傳學領域相關實驗項目的空白。例如，以上述“植物多倍體細胞誘導與鑒定”實驗項目拓展內容中發掘的二倍體及四倍體柑橘砧木為材料，可構建“MSAP技術在植物表觀遺傳學研究中的應用”或“基于MSAP技術的四倍體柑橘砧木表觀遺傳變異分析”等實驗項目，教師適當加以指導學生即可理解并掌握相關實驗理論及實驗技術。

三、實驗教學的組織

（一）實驗室要對學生有序開放

遺傳學教學的組織方式對于實驗教學效果具有重要的影響[5，6]。受實驗內容及周期影響，教師需合理組織實驗教學，課內與課外相結合。藥品領用及管理要有專人負責、實驗藥品、試劑根據需要經指導老師審核認可后由指定學生領用、管理及回收。實驗儀器需在實驗指導老師或儀器使用負責人指導后能獨立規范使用方可獲得使用許可資格。

（二）鼓勵學生參與實驗準備

實驗藥品、試劑的配制及實驗材料的準備對實驗教學的順利開展有著重要影響。以往遺傳學實驗教學相關實驗試劑、材料的準備均由實驗員完成，未能有效利用實驗準備環節對學生自主學習能力及創造性思維的培養作用。筆者在實驗教學中安排學生分組參與實驗準備，提高了學生對實驗藥品、試劑使用的規范與安全意識，深刻認識到實驗準備工作作為實驗教學過程重要環節的積極作用。

（三）合理分工及分層次能力培養

受擴大招生影響，當前高校同一專業學生存在學業基礎、學習與動手能力參差不齊的現象;因此，結合知識基礎、學習興趣及能力水平差異對學生進行分層次實驗教學是當前高校教學實際對教師的現實要求[7]。實驗教學中根據學生興趣及能力水平進行合理分工，結合學生實際對學生進行分層次能力培養，使得不同實驗能力層次的學生都能得到鍛煉和提升。例如“植物多倍體誘導及鑒定實驗”中最基本的實驗技能要求是能利用一定濃度的秋水仙素誘導洋蔥或大蒜根尖產生多倍體細胞，掌握根尖染色體制片的基本方法，這是每個同學必需達到的基本教學要求。此外，該實驗的拓展內容是“利用秋水仙素誘導法獲得完整多倍體植物”以及“從柑橘資源圃枳實生苗群體中發掘多倍體”。拓展內容需要學生分組并選擇其中一項完成，組內學生進一步根據各自興趣特長分擔不同的任務。實驗結束后各小組將實驗過程及結果整理后做成ppt課件分組匯報、答辯，養成學生實驗過程中的合作習慣與團隊意識，鍛煉學生科研思維與口頭表達能力。實驗教學中根據學生興趣、知識基礎及能力水平進行合理分工，結合學生實際對學生進行分層次能力培養，使得不同實驗能力層次的學生都能得到鍛煉和提升。

四、結束語

提高創新創業能力是國家對新時期高等教育提出的明確要求。遺傳學實驗是學生科研思維及創新能力培養的重要環節。通過遺傳學實驗教學對學生思維和創新能力進行培養首先要對實驗內容進行深化和創新，使之緊跟學科前沿并與農業生產實踐緊密聯系。

實驗教學內容的深化與創新一定程度上加深了部分實驗項目開展的難度，學生在實驗過程中會經歷一定的挫折，但這也是人才培養過程中的必經環節。實驗教學中讓學生根據自己知識基礎、學習與實踐能力選擇合適的不同層次實驗內容，在完成基本實驗教學要求的基礎上在科研思維與實驗動手能力上均有進一步的鍛煉與提升。

從目前本校生物科學專業遺傳學教學改革內容實施的效果來看，通過整合經典遺傳學實驗，深化與創新遺傳學實驗內容;在此基礎上，通過開放實驗室、合理分工、實驗答辯等實驗組織環節，將實驗教學從以往教師講授知識、學生參照實驗教材已有實驗步驟按部就班完成實驗的單一模式轉變為學生在老師的指導與協調下，在探究中克服實驗困難、實現教學目標，極大的提高了學生參與實驗、體驗實驗過程的興趣，也增強了學生對實驗挫折的心理承受力，對學生今后走上工作崗位或繼續科研深造具有積極的作用。

參考文獻：

[1]趙昕，李利，李雅軒，等.培養學生的創新能力，提高遺傳學實驗教學水平[J].實驗技術與管理，2009（10）：133-134.

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[3]李雅軒，趙昕.遺傳學綜合實驗[M].2版.北京：科學出版社，2010.

[4]梁武軍，解凱東，郭大勇，等.10個柑橘砧木類型同源四倍體的發掘與SSR鑒定[J].果樹學報，2014，31（1）：1-6.

[5]劉良科，佘朝文，譚娟.開放性遺傳學實驗教學改革與探索[J].安徽農業科學，2009，37（35）：17767-17768.

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